[發明專利]一種復合陶瓷材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201711188606.2
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108033779A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 朱郎平;莫曉飛;孫志麗;李建崇;南海
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622;C04B35/634;B22F3/15
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

本發明是一種復合陶瓷材料、制備方法及其應用，本發明技術方案采用鋼材制備模具和包套，采用氧化鈣、氧化鋁、氧化硅復合陶瓷材料制備模芯，將模具和模芯裝配到包套中，將待成型的鈦合金粉末灌裝入包套中，然后將包套抽真空除氣并封焊，經熱等靜壓使金屬粉末致密化后，通過機加工方式去除金屬包套和模具，然后通過化學腐蝕方法去除陶瓷模芯，從而獲得近凈成型的粉末鈦合金構件。

技術領域

本發明是一種復合陶瓷材料、制備方法及其應用，屬于粉末冶金領域。

背景技術

金屬粉末熱等靜壓技術兼具鑄造和鍛造的優勢，一方面可實現復雜構件的近凈成形；另一方面，合金高度致密，無成分偏析，組織均勻細小，從而可獲得優異的性能。為了獲得接近最終形狀和尺寸的構件，需要對模具和包套進行特殊設計，其中模具的制備和去除是關鍵，特別對于具有復雜內腔結構的構件，無法通過機械加工的方式去除模芯材料。常規工藝采用碳鋼作為模具及模芯材料，成形后通過酸溶液化銑去除，并的到所需要的構件，該方法主要存在以下問題：首先，模具化銑去除速度較低，耗費時間長；其次，碳鋼模具與金屬粉末發生界面化學反應，形成一定程度的反應層，影響構件表面質量。

模型或型芯作為熔模精密鑄造及粉末熱等靜壓近凈成形技術領域制備復雜空心內腔結構的模具重要組成部分，對復雜結構的成形起到至關重要的作用。在現有型芯或模芯材料中，石英玻璃很容易與堿金屬鹽起反應生成可溶性硅酸鹽，所以氧化硅基陶瓷型芯的脫芯比較容易，可采用NaOH或KOH的熔(溶)液進行；氧化鋁基陶瓷型芯的基體材料為電熔剛玉，強度高，耐高溫性能好，但很難溶(熔)于酸或堿中，因此鋁基型芯的脫芯非常困難，但脫出性較差，影響了型芯的廣泛使用。氧化鈣陶瓷吸水后會生成粉末狀的氫氧化鈣，從而能夠使模芯迅速潰散，可達到快速脫出的目的，但氧化鈣本身強度較低，無法滿足高壓成形承壓要求。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種復合陶瓷材料、制備方法及其應用，其目的是能夠通過化學腐蝕的方法，快速去除陶瓷模芯，該技術方案不僅避免了構件與模芯之間界面化學反應，而且陶瓷材料的化學腐蝕速度快，去除周期短，因此該方法具有較大的應用價值。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明技術方案提出了一種復合陶瓷材料，其特征在于：該種材料的原料及重量百分比為：氧化鈣粉10％～40％，氧化鋁粉20～70％，氧化硅粉5～40％。

所述氧化鈣粉、氧化鋁粉、氧化硅粉的質量分數不小于99％，氧化鈣粉、氧化鋁粉、氧化硅粉的粒度不大于500目。

氧化鈣粉 10％～20％，氧化鋁粉 60～80％，氧化硅粉 5～20％。

氧化鈣粉 20％～30％，氧化鋁粉 50～60％，氧化硅粉 15～20％。

氧化鈣粉 30％～40％，氧化鋁粉 50～70％，氧化硅粉 5～10％。

該種復合陶瓷材料將氧化鈣、氧化鋁及氧化硅三種金屬氧化物材料制備成復合陶瓷，充分發揮了各組分的特點和優勢，通過引入氧化鋁組分，達提高了模芯強度，滿足鈦合金粉末熱等靜壓高壓致密化過程對模芯高強度的需求，通過引入氧化鈣和氧化硅組分，模芯在堿熔液中能夠快速脫除。

本發明技術方案還提出制備該種復合陶瓷材料的方法，其特征在于：該方法是將氧化鈣粉、氧化鋁粉、氧化硅粉按比例稱取混合后，加入氧化鈣粉、氧化鋁粉、氧化硅總重量10～15％的增塑劑，在攪拌機中攪拌均勻后完成制漿，制漿完成后進行壓鑄模芯、燒結，焙燒溫度為1400～1600℃，時間5～10h，得到成型的復合陶瓷材料；

攪拌機的加熱溫度為110℃，攪拌機的攪拌速度為100r/min；

所述增塑劑的原料及重量百分比為：蜂蠟5～20％，聚乙烯1～10％，余量為石蠟。